Файл: Содержание Введение Принципы действия современных полупроводниковых приборов Параметры и характеристики современных полупроводниковых приборов Основные классы .docx
Добавлен: 26.04.2024
Просмотров: 7
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Содержание:
-
Введение -
Принципы действия современных полупроводниковых приборов -
Параметры и характеристики современных полупроводниковых приборов -
Основные классы современных полупроводниковых приборов -
Режимы работы современных полупроводниковых приборов -
Заключение -
Список литературы
Введение
Стремительное развитие и расширение областей применения электронных устройств обусловлено совершенствованием элементной базы, основу которой составляют полупроводниковые приборы. Поэтому, для понимания процессов функционирования электронных устройств необходимо знание устройства и принципа действия основных типов полупроводниковых приборов.
Полупроводниковые материалы по своему удельному сопротивлению занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками.
Основными материалами для производства полупроводниковых приборов являются кремний (Si), карбид кремния (SiС), соединения галлия и индия.
Электропроводность полупроводников зависит от наличия примесей и внешних энергетических воздействий (температуры, излучения, давления и т.д.). Протекание тока обуславливают два типа носителей заряда – электроны и дырки. В зависимости от химического состава различают чистые и примесные полупроводники.
Для изготовления электронных приборов используют твердые полупроводники, имеющие кристаллическое строение.
Полупроводниковыми приборами называются приборы, действие которых основано на использовании свойств полупроводниковых материалов.
Принципы действия современных полупроводниковых приборов
Из курса электротехники известно, что провести резкую грань между проводниками и диэлектриками нельзя. Подавляющее большинство неорганических веществ по своим электрическим свойствам отличается и от проводников и от диэлектриков, но в то же время в какой-то степени обладает характерными особенностями как тех, так и других. Вещества, занимающие такое промежуточное положение, называются полупроводниками.
На протяжении многих лет полупроводники не находили практического применения
, и только последние 50 лет их начали широко использовать в технике. За этот короткий срок были созданы сначала полупроводниковые выпрямители, а затем усилители, представляющие собой малогабаритные и весьма надежные устройства. Полупроводниковые приборы теперь выполняют все технические задачи, которые ранее осуществлялись электронными лампами и ионными приборами. Они получили весьма широкое распространение на подвижном составе, тяговых подстанциях, а также в устройствах автоматики, телемеханики и связи, в электронных вычислительных машинах, измерительных приборах и радиоаппаратуре.
Параметры и характеристики современных полупроводниковых приборов
1. Максимально допустимый средний за период прямой ток (IПР. СР.)
- это такой ток, который диод способен пропустить в прямом направлении.
Величина допустимого среднего за период прямого тока равна 70% от тока теплового пробоя.
По прямому току диоды делятся на три группы:
1) Диоды малой мощности (IПР.СР < 0,3 А)
2) Диоды средней мощности (0,3
3) Диоды большой мощности (IПР.СР > 10 А)
Диоды малой мощности не требуют дополнительного теплоотвода (тепло отводится с помощью корпуса диода)
Для диодов средней и большой мощности, которые не эффективно отводят тепло своими корпусами, требуется дополнительны теплоотвод (радиатор – кубик металла, в котором с помощью литья или фрезерования делают шипы, в результате чего возрастает поверхность теплоотвода. Материал - медь, бронза, алюминий, силумин)
2. Постоянное прямое напряжение (Uпр.)
Постоянное прямое напряжение – это падение напряжения между анодом и катодом при протекании максимально допустимого прямого постоянного тока.
Проявляется особенно при малом напряжении питания.
Постоянное прямое напряжение зависит от материала диодов (германий - Ge, кремний - Si)
Uпр. Ge ≈ 0.3÷0.5 В (Германиевые) Uпр. Si ≈ 0.5÷1 В (Кремниевые)
Германиевые диоды обозначают – ГД (1Д) Кремниевые диоды обозначают – КД (2Д)
3. Повторяющееся импульсное обратное максимальное напряжение (Uобр. max)
Электрический пробой идет по амплитудному значению (импульсу) Uобр. max ≈ 0.7UЭл. пробоя (10÷100 В)
Для мощных диодов Uобр. max= 1200 В.
Этот параметр иногда называют классом диода (12 класс -Uобр. max= 1200 В)
4. Максимальный обратный ток диода (Imax ..обр.)
Соответствует максимальному обратному напряжению (составляет единицы mA).
Для кремниевых диодов максимальный обратный ток в два раза меньше, чем для германиевых.
5. Дифференциальное (динамическое) сопротивление.
Основные классы современных полупроводниковых приборов
Полупроводниковые приборы разделяют по их функциональному назначению, а также по количеству электронно-дырочных переходов. Напоминаю, что электронно-дырочный переход это промежуточный переходный слой между двумя областями полупроводника, одна из которых имеет электронную проводимость (n-типа), а другая – дырочную (р-типа). Вся совокупность полупроводниковых приборов разделяется на беспереходные, с одним, двумя и более переходами (рис 12.1)
| | |
| |  |
Применение беспереходных приборов основано на использовании физических процессов, происходящих в объеме полупроводникового материала. Приборы, в которых используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от температуры, называются термисторами. В эту группу приборов входят терморезисторы (их сопротивление на несколько порядков падает при увеличении температуры), а также позисторы (их сопротивление увеличивается с увеличением температуры). Терморезисторы и позисторы применяются для измерения и регулирования температуры, в цепях автоматики и т.д.
Режимы работы современных полупроводниковых приборов
Последовательное и параллельное соединение приборов, применяемое для увеличения допустимых значений тока и напряжения в одной ветви мощного преобразователя или аппарата, называется групповым соединением. Групповое соединение иногда применяется также для повышения надежности преобразователей, в которых выход из строя отдельного прибора не должен нарушать работы всей установки.
Из-за технологического разброса вольт-амперных характеристик при параллельном соединении отдельные приборы перегружаются по току, а при последовательном — по напряжению. При параллельном соединении, например, двух диодов (рис. 1, а) через диод VD1, имеющий более крутую прямую ветвь ВАХ (меньшее динамическое сопротивление гт), при общем прямом напряжении uF протекает ток i1, больший, чем ток i2 диода VD2 с пологой прямой ветвью ВАХ. В случае последовательного соединения диодов VD1 и VD2 (рис. 1, б), имеющих разброс обратных ветвей ВАХ, при приложении обратного напряжения uR по цепи диодов протекает общий обратный ток iR, К диоду VD1 с более пологой обратной характеристикой приложена бльшая доля общего обратного напряжения uR, равная uRl. Увеличение -разброса характеристик ухудшает работу диодов при групповом соединении.
Условия работы еще более ухудшаются при групповом соединении тиристоров. В динамических режимах приложения прямого напряжения из-за разброса времени восстановления запирающей способности к тиристору с меньшим временем может прикладываться полное напряжение всей цепи, и тиристор может самопроизвольно включаться. При параллельном соединении тиристор, имеющий меньшее время включения, воспринимает весь ток главной цепи и может выйти из строя из-за теплового пробоя.
Для обеспечения надежной работы полупроводниковых приборов при групповом соединении, как правило, должны применяться меры для равномерного распределения тока при параллельном и напряжения при последовательном соединениях.
Рис. 1 Схемы параллельного (а) и последовательного (б) соединений диодов и соответствующие им графики неравномерности распределения прямого тока и обратного напряжения.
Параллельно-последовательное соединение.
Такое соединение применяется в мощных высоковольтных полупроводниковых преобразовательных аппаратах. Возможны соединения приборов двумя различными способами: параллельное соединение а самостоятельных ветвей, каждая из которых содержит s последовательных приборов (рис. 2, а); последовательное соединение s самостоятельных рядов, каждый из которых состоит из а параллельных приборов (рис. 2,6).
Рис. 2 Схемы последовательно-параллельного соединения полупроводниковых диодов.
Заключение
Полупроводники — это сравнительно новые материалы, с помощью которых на протяжении последних десятилетий удаётся разрешать ряд чрезвычайно важных электротехнических задач.
Полупроводниковые приборы можно встретить в обычном радиоприемнике и в квантовом генераторе - лазере, в крошечной атомной батарее и в микропроцессорах.
В настоящее время насчитывается свыше двадцати различных областей, в которых с помощью полупроводников разрешаются важнейшие вопросы эксплуатации машин и механизмов, контроля производственных процессов, получения электрической энергии, усиления
высокочастотных колебаний и генерирования радиоволн, создания с помощью электрического тока тепла или холода, и для осуществления многих других процессов.
Список литературы
1. Д.А. Браун. Новые материалы в технике.-Издательство «Высшая школа», М. - 1965,194 с.
2. А.с. 281651 СССР МПК Н 01 5/00. Полупроводниковый генератор/ Б.С. Муравский. В.И. Кузнецов. Заявл. 03.12.68., Опублик. 21.03.73. Бюл.N7.
3. Кнаб О.Д. БИСПИН - новый тип полупроводниковых приборов // Электронная промышленность. 1989. N8
4. Шалимова К.В. «Физика полупроводников» Изд. «Энергия» 1976
5. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. / Москва, Энергия, 1973.
6. Муравский Б.С. Черный В.Н. Яманов И.Л. Потапов А.Н. Жужа М.А. Неравновесные электронные процессы в транзисторных структурах с туннельно-прозрачным окислом // Микроэлектроника. 1989. т. 1
7. Стриха В.И. Теоретические основы контакта металл-полупроводник. // Киев. «Наукова думка», 1974.1>